Tag Archives: plinski zakoni

plinski zakoni: po čovjeku koji se zvao …

Budući da se uz izotermni, izobarni i izohorni proces navodi kako se odgovarajući zakoni nazivaju Boyle-Mariotteov, Gay-Lussacov i Charlesov zakon, postavilo se opravdano pitanje tko bijahu ta gospoda. Odlučih svoje neprimjereno neznanje po tom pitanju umanjiti jednosatnim proučavanjem wikipedije.

Tehnički preduvjet otkrivanja zakona izotermne promjene stanja plina bila je mogućnost mjerenja tlaka, odnosno Torricellijev izum barometra 1643. u Pisi. Robert Boyle, britanski fizičar, kemičar i teolog, član slavnoga Royal Society, prvi je, 1662., objavio eksperimentalnu potvrdu hipoteze da se pri konstantnoj temperaturi tlak i volumen plina stalne mase odnose obrnuto proporcionalno. (Radi vremenske orijentacije, Newtonovi zakoni objavljeni su 1687.) Evo njegovih rezultata:

Zanimljivo je da je Boyle hipotezu koju je eksperimentom potvrdio nazivao ”hipotezom gospodina Towneleya”. Tko je, pak, taj Towneley? Richard Towneley je manje poznati amater znanstvenik iz tog razdoblja koji se dopisivao s Boyleom. Njegov amaterizam je bio posljedica toga što je kao katolik tada u Engleskoj bio isključen iz javnog života pa nije mogao objavljivati. Srećom prodao je neku zemlju koju je naslijedio od familije, te nije morao ništa raditi nego se lijepo bavio fizikom, matematikom, astronomijom,… Tako da bi se zakon možda trebao zvati Boyle-Towneleyev zakon. Ali, ne zove se tako, nego Boyle-Mariotteov. Edme Mariotte bio je francuski fizičar i svećenik koji je 1676., neovisno o Boyleu, ponovo otkrio isti zakon. U engleskom govornom području taj se zakon naziva Boyleov zakon, a u ostatku svijeta, valjda uslijed djelovanja francuskog lobija, Boyle-Mariotteov.

Daljnji napredak je omogućen izumom i usavršavanjem termometra (Fahrenheit 1714.). Od ona tri naziva plinskih zakona učenicima je iz očitih razloga najzanimljiviji Gay-Lussacov zakon. Najprije, radi se o jednom čovjeku s dvostrukim prezimenom (različito od Boylea i Mariottea, koji su dvojica). Drugo, odgovor na najčešće pitanje je: vjerojatno nije. Joseph Louis Gay-Lussac oženio je 1809. Geneviève-Marie-Joseph, i imali su petero djece. Upoznali su se u prodavaonici tekstila gdje naš Gay-Lussac primijetio da mlada prodavačica ispod pulta drži udžbenik kemije, kojega čita u pauzama. Naravno, tada djevojke nisu učile prirodne znanosti, tako da ga je zainteresiralo njeno zanimanje za kemiju (a možda je nasjeo na namještaljku, tko zna). To je taj francuski fizičar i kemičar:

Važniji od njegovog prezimena je zakon po kojem su u plinu stalne mase i volumena tlak i temperatura proporcionalni. On ga je objavio 1802., ali je imenovanje zakona u ovom slučaju još spornije nego u prethodnome. Naime, izgleda da je još 1699. francuski fizičar Guillame Amontons objavio isti taj rezultat. Zašto je to bilo zaboravljeno, nisam uspio dokučiti.

Da je Gay-Lussac bio poštenjačina koja vjerojatno nije znala za Amontonsov rad, mogli bismo zaključiti stoga što je u istom izdanju iz 1802. objavio i zakon po su kojem u plinu stalne mase i stalnog tlaka temperatura i volumen proporcionalni, te ga nazvao ”Charlesov zakon”. Naime, on je taj zakon našao u neobjavljenom rukopisu francuskog izumitelja Jacquesa Charlesa napisanom dvadesetak godina prije. Dotični se Charles inače bavio balonima, pa je primijetio tu vezu temperature i volumena pri stalnom tlaku (tlak u balonu se stalno izjednačava s atmosferskim). Ali razlog za Gay-Lussacovo pošteno priznanje zasluga Charlesu moglo bi biti i to što je isti zakon otkrio slavni engleski kemičar John Dalton 1801., pa ionako ne bi bio pripisan njemu.

Dalton ipak nije ostao bez ”svoga” zakona zaslugom njegovog eksperimentalnog otkrića da je tlak mješavine plinova jednak zbroju ”parcijalnih” tlakova pojedinih komponenti – to se naziva Daltonovim zakonom. Gay-Lussac je ipak nešto i prvi otkrio, i to ništa manje nego da je omjer volumena vodika i kisika koji reagiraju u vodu upravo 2:1. Iz toga se, pomoću  Avogadrovog zakona, moglo zaključiti da dvije molekule vodika i jedna molekula kisika daju dvije molekule vode. (Talijanski prirodoslovac Amedeo Avogadro je, znate iz kemije, prvi pretpostavio da pri jednakim tlakovima i temperaturama jednaki volumeni različitih plinova sadrže jednaki broj molekula.) Ali, mada je Avogadrov zakon objavljen 1811., konsensus znanstvene zajednice oko njegovog prihvaćanja uspostavio se tek nakon 1860. Evo simpatičnog Amedea:

Kombiniranjem triju “plinskih zakona” o kojima ovdje govorimo s Avogadrovim zakonom francuski inženjer i fizičar Emile Clapeyron je 1834. formulirao jednadžbu stanja plina. Da se ta jednadžba može izvesti iz kinetičko-molekularne teorije plinova (kako smo to mi, doduše vrlo pojednostavljeno, izveli na satu) otkriveno je tek u drugoj polovini 19. stoljeća.